Son sayıda, Aristoteles'in ışık hızının sınırlı olduğuna olan inancından Galileo testinin başarısızlığına, Romer'in kaba tahminine kadar bilim adamlarının ışık hızını nasıl ölçtüğünü anlattık.

O zamanlar Romer, ışık hızının büyüklük sırasını çoktan hesaplamıştı.Ne yazık ki, birçok faktör, mevcut doğru rakamdan biraz farklı olan nispeten büyük bir hataya yol açtı. Bugün, bilim adamlarının ışık hızını nasıl daha doğru bir şekilde hesaplayabileceklerini görelim.

Fizeau

Romer'in 1849'da ışık hızını ölçmesinin üzerinden 160 yıldan fazla zaman geçti. Fransız deneysel fizikçi Fizeau, ışık hızının doğruluğunu başarılı bir şekilde iyileştirmek için dönen dişli yöntemini kullandı.

Aslında, Fizeau'nun yöntemini anlamak kolaydır.

• deneysel cihaz

Önce bir ışık kaynağı yerleştirdi ve ışık kaynağının önüne bir dişli yerleştirdi. Bu dişlinin diş olukları ışık kaynağı ile aynı seviyededir, yani ışık diş oluklarından geçebilir ancak dişli dişleri ışık kaynağının önünde dönerse ışık bloke olur. Bu nedenle, dişliyi çevirdiğiniz sürece ışık kaynağının titrediğini göreceksiniz. Ardından, vitesin önüne ışığı geri yansıtmak için başka bir ayna yerleştirdi. Aynanın açısı yere diktir, bu nedenle yansıyan ışık da ışık kaynağı gibi dişlerle aynı hizadadır. Böylelikle dişli döndüğünde, ışık kaynağı tarafından gelen aynadaki ışık da titrer.

Ancak Fizeau, ışık kaynağının aynadaki ışığın gözlenmesini engellemesini önlemek için ışık kaynağını dişlinin yan tarafına taşıdıktan sonra aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi aynayla aynı hizada olmaya eşdeğer olan aynayla yansıtmıştır.

• Hesaplama yöntemi

Ardından, pinyonu döndürün. Sonra sizi bırakın ve bir ışık huzmesi çekin. Fizeau vitesleri hızlandırmaya devam etti ve sonunda bir yuvadan çıkan ışık, uçak aynasından yansıdı ve bir sonraki yuvadan gözlemcinin gözlerine fırladı. Bu nedenle, gidiş-dönüş süresi, dişlinin bir dişi döndürmesi için geçen süreye eşittir.

Bir dişlinin bir dişi döndürme süresinin hesaplanması çok kolaydır: dişlinin hızı Fizeau tarafından kontrol edildiği için devir sayısı bilinir, yani dişli dönme süresi bilinir. Bu nedenle, bir dişi döndürme süresini elde etmek için bir devir periyodunu toplam diş sayısına bölün.

Science Journey (grafik sürüm) (Matematik + Fizik + Kimyasal Elementler + Evren) 10 yaş üstü için uygundur 129 satın alma

Artık ışığın ileri geri gitme zamanını bildiğimize ve ardından gözlemci ile düzlem aynası arasındaki mesafeyi ölçtüğümüze göre, ışığın hızı kolayca hesaplanabilir.

Bak, basit mi?

• deney hatası

Ancak bu deneyin zorluğu ışık hızının çok hızlı olmasıdır. Bu nedenle, uçak aynasını yeterince uzağa yerleştirmeye çalışmalıdır. Artık ışık hızının saniyede 300.000 kilometreye yakın olduğunu biliyoruz, dolayısıyla Fizeau uçak aynasını 150 kilometre uzağa koysa bile ışığın gidiş dönüş süresi sadece 1/1000 saniyedir. Aynı zamanda, dişlinin hızı yeterince hızlı olmalıdır, aksi takdirde geri yansıyan ışığın hangi dişli olduğu bilinmemektedir.

Ayrıca bu dişlinin diş sayısı yeterli olmalı ve diş boşluğu yeterince küçük olmalıdır, aksi takdirde sadece iki diş varsa ve bu kadar büyük bir boşluk ortaya çıkarsa, ışığın ne zaman geri geldiğini nasıl gözlemleyeceğimizi abartılı düşüneceğiz. Dolayısıyla Fizeau'nun kullandığı dişlinin toplam 720 dişi var ... Söylemeye gerek yok, en azından bu deneyi yapan kişinin yoğun fobisi olmamalı ...

Bu deneyin gerçekten zekice olduğu görülebilir, ancak birçok etkileyen faktör vardır ve mesafenin sınırlandırılmasının neden olduğu hatanın etkisi nispeten büyük olacaktır. Öyle olsa bile, Fizeau'nun ölçtüğü ışık hızı çok doğrudur. Tekrarlanan 28 testten sonra saniyede yaklaşık 313.300 kilometre değer elde etti, bu modern doğru değerden sadece% 5 fark.

Foucault Maxwell

Fizeau'nun deneyini izledikten sonra bir kişi içini çekti: Bu Fizeau hala yeterince akıllı değil! Vitesi bu kadar sert çevirmek zor değil mi? Işığı kötü bir açıyla mı çevirdin?

Bu kişi Foucault'dur. En ünlü başarısı muhtemelen Foucault'nun sarkacıdır. Foucault sarkacıyla dünyanın döndüğü kanıtlanmıştır.

Fizeau'nun deneyinin doğru olmadığına inanıyor. Fizeau gibi ışık kaynağını bloke etmek için dişli dişler kullanmayı tercih etmemiş, dişli yerine ayna kullanmıştır.Aynanın dönüşü sayesinde ışık kaynağı, ışık hızını ölçmek için belirli bir açıda görülebilmektedir. Bu yöntem aşağıdaki yönteme çok benzer, bu yüzden birlikte tanıtalım.

Bu deneyden sonra Foucault, ışığın hızını saniyede 298.000 kilometre olarak hesapladı, bu Fizeau'dan çok daha doğru.

Aynı zamanda, ünlü fizik tanrısı ve dönüm noktası olan Maxwell, hesaplamalarıyla elektromanyetik dalgaların yayılma hızını keşfetti. Artık ışığın bir tür elektromanyetik dalga olduğunu biliyoruz, ancak o zamanlar insanlar bunu bilmiyordu, ama Maxwell zaten bu fikre sahipti. Ne yazık ki, doğrulamadan önce genç yaşta öldü.

Michelson

Foucault'nun deneyini okuduktan sonra, Michelson adlı bir kişi kendini kötü hissetti ve Foucault'nun deneyinin doğru olmadığını düşündü.

Bu yüzden bu cihazları tasarladı. Bu deneyin prensibi temelde Foucault ile aynıdır, ancak düz aynanın yerine sekiz kenarlı bir ayna konmuştur. Bu nedenle, bu prensibi anladığınız sürece, Foucault'nun deneyinin prensibini anlayacaksınız.

• deneysel cihaz

Öncelikle, temel ilkesinin Fizeau'ya benzediğini söyleyeyim, bu yüzden herkesin anlaması kolay olacak.

Michelson ilk olarak, normal sekizgen prizma olan sekizgen bir ayna hazırladı. Daha sonra, yan tarafındaki S noktasına bir ışık kaynağı yerleştirildi ve diğer tarafta gözlendi. Yalnızca sekizgen ayna şekilde gösterilen açıya döndüğünde, gözlemci yansıyan ışığı gözlemleyebilir.

[Dangdang] Schrödinger'in Kedisi: Fiziği Değiştiren 50 Deney 34.9 Satın Al

neden?

Çünkü sadece bu açıyla, ışık kaynağı sekizgen aynanın bir tarafındaki içbükey aynaya M2 yansıtılabilir ve ardından düz ayna M3 ve M2'nin ikincil yansıması ile sekizgen aynanın diğer tarafına yeniden çekilebilir ve ardından mükemmel bir şekilde çekilebilir. Gözlemcinin gözünde (düzlem aynanın işlevi yansıyan ışığı gelen ışığa paralel yapmaktır, aksi takdirde sekizgen aynaya geri çekilemez). Açı biraz kapalıysa, ışık bu kadar mükemmel bir yansıma sağlayamaz.

Ardından sekiz kenarlı aynayı hareket ettirdik. Işık kaynağı parlamaya başladığında, sekizgen aynanın hala bu mükemmel açıda olduğunu göreceksiniz; ancak ışık geri geldiğinde, sekizgen aynanın zaten başka bir açıya döndüğünü, bu nedenle gözlemci ışığı göremez.

Öyleyse, gözlemci ışığı yeniden ne zaman görebilir?

Çok basit, yani ışık içbükey aynadan sekizgen aynaya döndüğünde, sekizgen ayna bu mükemmel açıya geri dönüyor. Bu normal bir sekizgen olduğu için, en hızlısı, bu mükemmel açıya geri dönmek için yalnızca 1/8 dönüş yapmanız gerekir.

Bu nedenle Michelson'un sekizgen aynayı biraz hızlandırması gerekiyor, ışığı ilk gördüğünde sekizgen ayna ilk kez ışık geri yansıdığında bu açıya dönüyor yani 1/8 daire. .

• Hesaplama yöntemi

Bu hesaplama çok basittir çünkü içbükey ayna M2 ile düz ayna M3 arasındaki mesafe, ayrıca gözlemci, ışık kaynağı ve sekizgen ayna M1 arasındaki mesafe, M2 ile sekizgen ayna arasındaki mesafeden çok daha azdır (iyi anlaşılmalıdır, İlki sadece birkaç on santimetredir, ikincisi onlarca kilometreye ulaşabilir), bu yüzden göz ardı edilebilir.

Daha sonra, ışığın hareket mesafesi, M1'den M2'ye gidiş-dönüş mesafesi ve sekizgen aynanın 1/8 daire dönmesi için geçen süredir.Bu süre, sekizgen aynanın o andaki dönüş hızı kullanıldığı sürece hesaplanabilir. Işık hızını elde etmek için mesafeyi zamana bölün.

Bu yöntemi kullanarak Michelson tarafından ölçülen ışık hızı 299853 ± 60 km / s'dir.

Biliyorsunuz, insanlar için ışık hızını ölçmek için doğru veri 299792458 m / s'dir ve Michelsonun deneysel sonuçları şaşırtıcı derecede doğrudur.

Ancak bilim adamlarının meraklı zihinleri en ufak bir sapmaya bile izin vermez. Peki ışık hızının nihai değeri nedir? Sıradan insanlar ışığın hızını ölçebilir miyiz? Bir sonraki [Bilim mantıklı] sütununa dikkat etmeye devam etmeleri için herkese hoş geldiniz ~

İlgili makale: "Bilim mantıklı" Işık hızı çok hızlı, bilim adamları bunu nasıl ölçüyor?

Tie Yu'yu duydunuz mu? Bu gezegen demiri suya dönüştürmek için ne kadar sıcak?

"Bilim mantıklı" Işık hızı çok hızlı, bilim adamları onu nasıl ölçüyor?

Blazar, evrendeki bir kara delikten daha şiddetli bir canavar, dünyayı hedef alan "namlu"

Bin kilometreden birkaç saniyede hızlanan bir roketle kıyaslanabilecek bir hıza sahip bir tren, hiper-yüksek hızlı trenle övünüyor mu?

Dünyanın yavaş değişimi yeni kanıtlar ekliyor.Eski fosiller bize şunu söylüyor: Dinozorlar çağında yılda 372 gün var.

Atomik yapı bir gezegen gibi mi? Her parçacık bir gezegen gibi mi? Mikroskobik parçacıkları anlayamayabilirsiniz

Balık neden balığı rahatsız eder? Dünyada ızgara balık yiyen ilk insan insan değildi

Hastalık yok, gözlerini kapat ve iki adım yürü, bir bacak uzun, diğeri kısa, bilmiyor musun?

"Evrenin Doğuşu" Efsanevi büyük patlama, evrenin barbarca büyümesi

Doğru, mutluluk keder yaratır! Bir satranç oyuncusu gülme gazını soludu ve öldü Gülme gazının işlevi nedir?

Su nasıl donar? Bilim adamlarının bunu çözmesi yüz yıl aldı Anladığını söylemekten utanıyor musun?

Bir kişi Jüpiter'e inmeye kalkarsa neyle karşılaşacak ve hangi sahneyi görecek?